1924-жылы франциялык жаш физик-теоретик Луи де Бройль материялык толкундар түшүнүгүн илимий жүгүртүүгө киргизген. Бул тайманбас теориялык божомол материянын бардык көрүнүштөрүнө – радиацияга гана эмес, ошондой эле материянын ар кандай бөлүкчөлөрүнө да толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун (дуализминин) касиетин кеңейтти. Заманбап кванттык теория гипотезанын авторуна караганда "материянын толкунун" башкача түшүнсө да, материалдык бөлүкчөлөр менен байланышкан бул физикалык кубулуш анын атын алып жүрөт - де Бройль толкуну.
Түшүнүктүн жаралуу тарыхы
1913-жылы Н. Бор тарабынан сунушталган атомдун жарым классикалык модели эки постулаттын негизинде түзүлгөн:
- Атомдогу электрондун бурчтук импульсу (импульсу) эч нерсе боло албайт. Ал ар дайым nh/2π пропорционалдуу, мында n - 1ден башталган каалаган бүтүн сан, ал эми h - Планктын туруктуусу, анын формулада болушу бөлүкчөнүн бурчтук импульсун ачык көрсөтүп турат.квантталган Демек, атомдо уруксат берилген орбиталардын жыйындысы бар, алар боюнча электрон гана кыймылдай алат жана аларда калуу менен ал нурланбайт, башкача айтканда энергияны жоготпойт.
- Атомдук электрондун энергиянын эмиссиясы же жутулушу бир орбитадан экинчи орбитага өтүү учурунда болот жана анын өлчөмү бул орбиталарга туура келген энергиялардын айырмасына барабар. Уруксат берилген орбиталардын ортосунда аралык абалдар болбогондуктан, нурлануу да катуу квантталат. Анын жыштыгы (E1 – E2)/саат, бул түздөн-түз Планктын E=hν энергиясы үчүн формуласынан келип чыгат.
Ошентип, Бордун атомдун модели электрондун орбитада нурлануусуна жана орбиталардын ортосунда болушуна «тыюу салган», бирок анын кыймылы классикалык түрдө планетанын Күндүн айланасында айлануусу сыяктуу каралып келген. Де Бройль электрон эмне үчүн өзүн ушундай кылат деген суроого жооп издеген. Уруксат берилген орбиталардын болушун табигый жол менен түшүндүрүүгө болобу? Ал электрон кандайдыр бир толкун менен коштолушу керек деп сунуштады. Анын болушу бөлүкчөнүн бул толкун канча жолу туура келген орбиталарды гана "тандоосуна" мажбурлайт. Бул Бор тарабынан коюлган формуладагы бүтүн сан коэффициентинин мааниси болгон.
Гипотезадан келип чыккан де Бройль электрон толкуну электромагниттик эмес, ал эми толкун параметрлери атомдогу электрондор гана эмес, заттын каалаган бөлүкчөлөрү үчүн мүнөздүү болушу керек.
Бөлүкчө менен байланышкан толкун узундугун эсептөө
Жаш окумуштуу өтө кызыктуу катышка ээ болду, бул мүмкүнчүлүк беретбул толкун касиеттери эмне экенин аныктоо. Сандык де Бройль толкуну деген эмне? Аны эсептөө формуласы жөнөкөй формага ээ: λ=h/p. Бул жерде λ - толкун узундугу жана p - бөлүкчөнүн импульсу. Релятивисттик эмес бөлүкчөлөр үчүн бул катышты λ=h/mv деп жазса болот, мында m - масса жана v - бөлүкчөнүн ылдамдыгы.
Эмне үчүн бул формула өзгөчө кызыгууну андагы баалуулуктардан көрүүгө болот. Де Бройль материянын корпускулярдык жана толкундуу мүнөздөмөлөрүн – импульсту жана толкун узундугун бир катышта бириктире алган. Жана аларды бириктирүүчү Планк константасы (анын мааниси болжол менен 6,626 × 10-27 erg∙s же 6,626 × 10-34 J∙ c) топтомдору заттын толкун касиеттери пайда болгон масштаб.
Микро жана макродүйнөдөгү "Материянын толкундары"
Ошентип, физикалык объекттин импульсу (массасы, ылдамдыгы) канчалык чоң болсо, аны менен байланышкан толкун узундугу ошончолук кыска болот. Макроскопиялык телолордун жаратылышынын толкун компонентин көрсөтпөгөнүнүн себеби мына ушунда. Мисал катары, ар кандай масштабдагы объекттер үчүн де Бройль толкун узундугун аныктоо жетиштүү болот.
- Жер. Биздин планетанын массасы болжол менен 6 × 1024 кг, Күнгө салыштырмалуу орбиталык ылдамдыгы 3 × 104 м/сек. Бул маанилерди формулага алмаштырсак, (болжол менен): 6, 6 × 10-34/(6 × 1024 × 3 × 10 4)=3,6 × 10-63 м. "Жер толкунунун" узундугу жоголуп кете турган кичинекей маанини көрүүгө болот. Аны каттоонун эч кандай мүмкүнчүлүгү жокалыскы теориялык жайлар.
- Салмагы болжол менен 10-11 кг болгон, болжол менен 10-4 м/сек ылдамдыкта кыймылдаган бактерия. Ушундай эле эсепти жасагандан кийин, эң кичинекей жандыктардын биринин де Бройль толкунунун узундугу 10-19 м, ошондой эле аныктоо үчүн өтө кичинекей экенин билүүгө болот..
- Массасы 9,1 × 10-31 кг болгон электрон. Электрон 1 В потенциалдар айырмасы менен 106 м/сек ылдамдыкта болсун. Ошондо электрон толкунунун толкун узундугу болжол менен 7 × 10-10 м, же 0,7 нанометрди түзөт, бул рентген толкундарынын узундугу менен салыштырууга болот жана каттоого абдан ылайыктуу.
Электрондун массасы, башка бөлүкчөлөр сыяктуу, ушунчалык кичинекей, сезилбегендиктен, алардын табиятынын экинчи тарабы байкалып калат - толкун сымал.
Спред ылдамдыгы
Толкундардын фазалык жана топтук ылдамдыгы сыяктуу түшүнүктөрдү ажырата билиңиз. Де Бройль толкундары үчүн фаза (бирдей фазалардын бетинин кыймыл ылдамдыгы) жарыктын ылдамдыгынан ашып кетет. Бирок бул факт салыштырмалуулук теориясына карама-каршылыкты билдирбейт, анткени фаза маалымат бериле турган объекттердин бири эмес, ошондуктан бул учурда себептүүлүк принциби эч кандай түрдө бузулбайт.
Группа ылдамдыгы жарыктын ылдамдыгынан азыраак, ал дисперсиянын натыйжасында пайда болгон көптөгөн толкундардын суперпозициясынын (суперпозициясынын) кыймылы менен байланышкан жана ал электрондун же башка ылдамдыгын чагылдырат. толкун байланышкан бөлүкчө.
Эксперименталдык ачылыш
Де Бройль толкун узундугунун чоңдугу физиктерге материянын толкун касиеттери жөнүндөгү божомолду ырастаган эксперименттерди жүргүзүүгө мүмкүндүк берди. Электрондук толкундар реалдуубу деген суроого жооп бул бөлүкчөлөрдүн агымынын дифракциясын аныктоочу эксперимент болушу мүмкүн. Толкун узундугу боюнча электрондорго жакын рентген нурлары үчүн кадимки дифракциялык тор ылайыктуу эмес – анын периоду (б.а. соккулардын ортосундагы аралык) өтө чоң. Кристалл торлордун атомдук түйүндөрүнүн ылайыктуу мезгил өлчөмү бар.
1927-жылы К. Дэвиссон жана Л. Гермер электрондордун дифракциясын аныктоо үчүн эксперимент уюштурушкан. Чагылткыч тор катары никель монокристалы колдонулуп, гальванометрдин жардамы менен электрон нурларынын ар кандай бурчта чачырашынын интенсивдүүлүгү катталган. Чачыралуу мүнөзү ачык дифракциялык схеманы ачып берди, бул де Бройльдин божомолун ырастады. Дэвиссон менен Гермерден көз карандысыз, ошол эле жылы Дж. П. Томсон эксперимент жолу менен электрондордун дифракциясын ачкан. Бир аз убакыт өткөндөн кийин протон, нейтрон жана атомдук нурлар үчүн дифракциялык схеманын пайда болушу аныкталган.
1949-жылы В. Фабрикант жетектеген советтик физиктердин тобу нурду эмес, жеке электрондорду колдонуу менен ийгиликтүү эксперимент жүргүзүшкөн, бул дифракция бөлүкчөлөрдүн жамааттык жүрүм-турумунун эч кандай таасири эмес экенин талашсыз далилдөөгө мүмкүндүк берген. жана толкун касиеттери электронго таандык.
"Заттын толкундары" жөнүндө идеяларды өнүктүрүү
Л.де Бройль өзү толкунду элестеткенбөлүкчө менен ажырагыс байланышта болгон жана анын кыймылын башкарган чыныгы физикалык объект жана аны «пилоттук толкун» деп атаган. Бирок бөлүкчөлөрдү классикалык траекториялуу объекттер катары кароону улантуу менен ал мындай толкундардын табияты жөнүндө эч нерсе айта алган жок.
Де Бройльдин идеяларын иштеп чыгуу менен Э. Шредингер материянын толук толкундуу мүнөзү жөнүндөгү идеяга келип, иш жүзүндө анын корпускулярдык тарабын этибарга албай койгон. Шредингердин түшүнүгүндөгү кандайдыр бир бөлүкчө компакт толкун пакетинин бир түрү жана башка эч нерсе эмес. Бул ыкманын көйгөйү, атап айтканда, мындай толкун пакеттеринин тез таралышынын белгилүү феномени болгон. Ошол эле учурда, электрон сыяктуу бөлүкчөлөр бир кыйла туруктуу жана мейкиндикте "сырап кетпейт".
XX кылымдын 20-жылдарынын орто чениндеги кызуу талкуулардын учурунда кванттык физика материяны сүрөттөөдө корпускулярдык жана толкундук схемаларды айкалыштыруучу ыкманы иштеп чыккан. Теориялык жактан аны М. Борн негиздеген жана анын маңызын бир нече сөз менен төмөнкүчө чагылдырууга болот: де Бройль толкуну бөлүкчөнүн кайсы бир учурда белгилүү бир чекитте табылуу ыктымалдыгынын бөлүштүрүлүшүн чагылдырат. Ошондуктан аны ыктымалдык толкуну деп да аташат. Математикалык жактан ал Шредингердин толкун функциясы менен сүрөттөлөт, анын чечилиши бул толкундун амплитудасынын чоңдугун алууга мүмкүндүк берет. Амплитуданын модулунун квадраты ыктымалдыкты аныктайт.
Де Бройльдин толкун гипотезасынын мааниси
1927-жылы Н. Бор жана В. Гейзенберг тарабынан өркүндөтүлгөн ыктымалдык ыкма калыптанган.визуалдык-механикалык, образдуу моделдерден баш тартуунун баасы менен илимге кабыл алынганына карабастан, өтө жемиштүү болгон Копенгаген чечмелөөнүн негизи. Атактуу "өлчөө маселеси" сыяктуу бир катар талаштуу маселелердин бар экендигине карабастан, кванттык теориянын андан аркы өнүгүүсү анын көптөгөн колдонулушу менен Копенгаген чечмелөө менен байланышкан.
Ошол эле учурда азыркы кванттык физиканын талашсыз ийгилигинин негиздеринин бири де Бройльдин бир кылым мурун «материя толкундары» жөнүндөгү теориялык түшүнүгү болгон укмуштуудай гипотезасы экенин эстен чыгарбоо керек. Анын маңызы, түпнуска чечмелөөдөгү өзгөрүүлөргө карабастан, талашсыз бойдон калууда: бардык материя кош мүнөзгө ээ, алардын ар дайым бири-биринен өзүнчө көрүнгөн түрдүү аспектилери, ошентсе да, бири-бири менен тыгыз байланышта.
